Проектирование центробежного насоса

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Проектирование центробежного насоса

центробежный насос рулевой машина

Необходимо спроектировать горизонтальный одноступенчатый насос типа «К» для перекачивания пресной воды с нормальной температурой. Насос приводится в действие асинхронным электродвигателем. Ниже в таблице приведен перечень заданных параметров, расчетные формулы, искомые значения и рекомендации.

2. Пояснительная записка

Насосы типа «К» - горизонтальные, одноступенчатые, центробежные, консольного типа с рабочим колесом одностороннего входа. Назначение насоса - подача воды и других неагрессивных жидкостей с температурой до 105°.Рассмотрим данный тип насосов на примере спроектированного насоса 5К-7. Насос состоит из корпуса 1, крышки корпуса 3 со всасывающим патрубком, рабочего колеса 5, вала 11 и опорной стойки 19. Напорный патрубок 8 расположен под углом 90 градусов к оси насоса, и в зависимости от условий монтажа и эксплуатации может быть повернут вместе с корпусом на 90, 180 и 270 градусов.

Корпус насоса чугунный литой. Внутренняя полость корпуса выполнена в виде спирали с диффузорным каналом и напорным патрубком. Крышка корпуса со всасывающим патрубком так же выполнены литьем из чугуна.

Рабочее колесо насоса имеет 8 лопастей. Колесо выполнено из бронзы литьем с толщиной лопасти 4 мм. Оно состоит из двух дисков - ведущего и ведомого, соединенных цилиндрическими лопастями. Ведущий диск насоса разгружен от осевых сил и имеет несколько разгрузочных отверстий 6 и уплотнение для выравнивания осевых сил.

Вход жидкости в рабочее колесо - осевой; рабочее колесо закреплено на валу с помощью фасонной гайки 4.

Сальник расположен в корпусе и состоит из хлопчатобумажной набивки16, кольца гидравлического уплотнения 17 и нажимного стакана 18. Вода поступает к кольцу из корпуса насоса по специальному каналу 9 из напорной полости.

Рабочее колесо имеет двустороннее уплотнение, образованное цилиндрическими поверхностями колеса и защитно-уплотняющими кольцами 2. Величина радиального зазора 0,16мм.

Вал 11 насоса стальной и вращается в шарикоподшипниках 12 и 14, размещенных в опорной стойке. Смазка осуществляется жидким маслом, заливаемым в корпус опорной стойки. Уровень масла контролируется щупом 13, расположенным в верхней части корпуса.

В самой высокой точке насоса имеется отверстие 7 для подсоединения вакуумнасоса для откачки воздуха из полости насоса и всасывающего трубопровода при пуске. Пробка 19 служит для удаления из насоса остатков жидкости.

Шарикоподшипники кроме радиальных нагрузок так же воспринимают и неуравновешенную часть осевой силы. В районе сальника вал насоса защищен облицовкой 10 от износа. Между подшипниками и крышками корпуса устанавливают регулировочные прокладки, обеспечивающие нормальное положение рабочего колеса относительно корпуса.

Основные причины поломки центробежных насосов:

1. Кавитация - при входе жидкости в межлопастные каналы давление жидкости на рабочей стороне лопастей больше давления с тыльной стороны. Если давление понизится до давления парообразования при данной температуре, то с тыльной стороны входных кромок лопастей, в зонах пониженного давления, образуются пузырьки газа и пара, растворенного в жидкости. Обычно газ не успевает выделиться, и пустоты заполнены паром. При продвижении потока вдоль лопастей недалеко от входа, давление жидкости повышается, пузырьки мгновенно конденсируются (схлопываются), и жидкость устремляется в освободившееся пространство. Возникает мгновенное местное повышение давления. Если конденсация происходит на стенке канала или вблизи нее, наблюдается разрушение поверхности, называемое эрозией. Признаки кавитации в насосе: шум, треск внутри насоса, вибрация корпуса, снижение напора и КПД. При кавитации быстро разрушаются рабочие колеса, чугунные - раньше, бронзовые и легированные стальные - более стойкие.

Избежать кавитации позволяет так называемый кавитационный запас: превышение полного напора жидкости над давлением ее насыщенного пара. Кавитационные качества насосов оцениваются допустимой максимальной вакуумметрической высотой всасывания. Для улучшения противокавитационных качеств насоса и увеличения вакуумметрической высоты всасывания входные кромки лопастей закругляют, лопасти у входных кромок делают более тонкими. Скорость потока при поступлении на лопасти и окружную скорость на входе в колесо так же по возможности снижают. У всех судовых центробежных насосов должен быть обеспечен бескавитационный режим работы в диапазоне рабочих температур перекачиваемой жидкости и высоты всасывания.

2. Помпаж - ненормальный, недопустимый, неустойчивый режим работы центробежного насоса, при котором наблюдаются быстрые периодические колебания подачи и напора. Признаки помпажа: шум и удары в трубопроводе и насосе, вибрации и тряска насоса и трубопровода. Основная причина возникновения: отрицательная подача насоса. Неустойчивы к помпажу насосы, у которых напор при нулевой подаче меньше максимального. Устраняется установкой невозвратного клапана на всасывающем трубопроводе насоса.

Обслуживание насоса:

Перед пуском:

Проверить крепление агрегата к фундаменту и трубопроводам

Провернуть вал вручную на 1,5-2 оборота, вал должен идти без заеданий

Проверить затяжку сальника

При закрытой задвижке на напорной магистрали, медленно заливают насос водой при открытой воздушной пробке.

Запустить электродвигатель.

Медленно открывать запорную заслонку до установления рабочего давления.

Резервуар самовсасывающего устройства перед пуском должен быть залит чистой пресной водой до появления воды в сливной трубке.

Во время работы:

Контролировать давление всасывания и нагнетания по манометрам

Контролировать поступление жидкости в уплотняющее устройство. При необходимости подтянуть сальник, предварительно остановив насос.

Контролировать уровень масла.

3. Выключение:

Выключить электродвигатель.

Закрыть задвижки на напорной и всасывающей магистралях.

2. Проектирование рулевой машины.

Необходимо определить основные параметры гидравлической рулевой машины следящего типа вида ПК-2 с насосом переменной производительности. Рулевая машина установлена на одновинтовое судно с рулем балансирного типа с обтекаемым профилем типа НЕЖ. Коэффициент компенсации Кб=0,25. Проектируемая рулевая машина должна удовлетворять требованиям Морского Регистра: время перекладки руля от угла 35° одного борта на угол 30° другого при максимальной скорости переднего хода не должно превышать 28 секунд. Для этого угловая скорость баллера ю_б не должна быть менее 4,052*10^-21/с , а частота вращения n=0,387 об/мин. Ниже в таблице приведен перечень заданных параметров, расчетные формулы, искомые значения и рекомендации.

Гидравлические рулевые машины получили широкое распространение на современных судах. Их преимущества: возможность получения больших крутящих моментов, относительно малые масса и габариты на единицу мощности, возможность получения плавных ходов, высокий КПД, плавность работы, надежная смазка трущихся частей рабочей жидкостью. ГРМ состоит из гидравлического рулевого привода, блока питания, системы трубопроводов питания и системы управления. В качестве блока питания ГРМ служит насос переменной регулируемой подачи. Система управления насосом переменной подачи следящая, управляемая электрически.

3. Требования Регистра

Суда должны быть снабжены главным и вспомогательным рулевым приводом, если специально не указано иное.

Главный рулевой привод должен обеспечивать перекладку полностью погруженного руля или полностью погруженной поворотной насадки с 35⁰ одного борта на 35⁰ другого борта при максимальной скорости переднего хода, относящегося к этой осадке. При тех же условиях должна быть обеспечена перекладка руля или поворотной насадки с 35⁰ одного борта на 30⁰ другого борта за время, не более 28 секунд при параметрах, не превышающих номинальных параметров привода.

Вспомогательный рулевой привод должен обеспечивать перекладку полностью погруженного руля или полностью погруженной поворотной насадки с 15⁰ одного борта на 15 ⁰ другого борта не более чем за 60 секунд, при скорости судна на переднем ходу, равной половине его максимальной, относящейся к этой осадка скорости или 7 уз., в зависимости от того, какое из значений больше.

На нефтеналивных, комбинированных судах, на газовозах и химовозах валовой вместимостью 10000 рег. т и более, а также на всех атомных11 и на остальных судах валовой вместимостью 70000 рег. т и более главный рулевой привод должен включать в себя два или более одинаковых силовых агрегата , удовлетворяющих требованиям 2.9.7. (см. также 6.2.1.8. и 6.2.1.9. части IX «Механизмы»).

Если главный рулевой привод включает в себя два или более силовых агрегата, вспомогательный рулевой привод не обязателен в следующих случаях:

а) на пассажирских и атомных судах главный привод обеспечивает выполнение требований 2 при бездействующем любом одном из силовых агрегатов;

б) на грузовых судах главный рулевой привод обеспечивает выполнение требований 2 при всех действующих силовых агрегатах;

в) главный рулевой привод устроен так, что при единичном повреждении в системе его трубопровода или в одном из силовых агрегатов это повреждение может быть изолировано для поддержания или быстрого восстановления управляемости судна.

Если главный и вспомогательный рулевые приводы находятся в помещении, полностью или частично расположенном ниже самой высокой грузовой ватерлинии, то должен быть предусмотрен аварийный рулевой привод, который необходимо расположить выше палубы переборок. Аварийный рулевой привод должен обеспечивать перекладку полностью погруженного руля или полностью погруженной поворотной насадки с борта на борт при скорости переднего хода не менее 4 уз.

Переход с главного рулевого привода на вспомогательный при аварии должен выполняться за время не более 2 мин.

Управление главным рулевым приводом должно обеспечиваться с ходового мостика и из румпельного отделения. Предусматриваются две отдельные линии управления, получающие питание непосредственно от ГРЩ, но одна из них может запитываться через АРЩ.

В рулевой рубке и ЦПУ должна быть световая и звуковая сигнализация: об исчезновении напряжения, обрыве фазы и перегрузке в цепи питания, исчезновения напряжения в системе управления и минимальном уровне масла в расходном баке.

Около каждого поста управления, а также в румпельном помещении должны быть указатели положения руля. Ошибка в показаниях не должна быть более:

1⁰ при положении руля в диаметральной плоскости;

1,5⁰ при углах перекладки от 0⁰ до 5⁰;

2,5⁰ при углах перекладки от 5⁰ до 35⁰.

11. Рулевое устройство должно иметь систему ограничителей поворота руля, допускающую его перекладку на каждый борт только до угла, который:

(⁰ + 1⁰) ⁰ (⁰ + 1,5⁰)

где максимальных угол перекладки руля, на который настроена система управления, но не более 35⁰.

4. Указания по эксплуатации рулевой машины

В течение 12 часов до выхода судна из порта рулевая машина должна быть подготовлена к действию, проверена в работе и испытана в соответствии с требованиями СОЛАС. При этом следует руководствоваться фирменными инструкциями по эксплуатации и действующими руководящими техническими материалами. Проверку и испытание выполняют лица командного состава, занятые эксплуатацией и обслуживанием ГРМ. При подготовке к действию, проверках и испытаниях рулевых машин следует обращать особое внимание на следующее: лёгкость перемещения золотников и отсутствие их заеданий, перекосов и больших люфтов в соединениях; с управляющими валиками; состояние поверхности золотников и их уплотнений; лёгкость проворачивания вручную валов насосов регулируемой подачи при их нулевом эксцентриситете; срабатывания стопорных храповиков или гидрозамков; уровня рабочей жидкости в расширительных баках, положение запорных клапанов. Не должно быть нехарактерных шумов и стуков, наружных утечек рабочей жидкости; скачков и задержек руля при его перекладке, а также автоколебаний управляющих валиков приборов ИМ, золотников гидроусилителей, скользящих блоков радиально-поршневых насосов и руля.

Рулевые машины должны быть хорошо отрегулированы. Показателями качества регулирования являются: наибольшая точность установки руля в заданном положении, определяемая разностью заданного и фактического углов перекладки (достаточная точность 0,5⁰ при углах перекладки руля 10⁰); минимального рассогласования нулевых положений насосов (не более 0,5⁰ изменение положения руля при переключении насосов); ограниченный (не более 10% номинального) люфт на управляющем органе главного насоса; небольшая общая зона нечувствительности системы управления; минимальная скорость сползания руля в режиме «Простой»; отсутствие автоколебаний.

Во время хода судна вахтенный механик, принимая вахту, обязан осмотреть румпельное отделение и рулевую машину, а вахтенный моторист должен осматривать их два раза за вахту. При этом следует обращать внимание на следующее: наличие смазочного масла на трущихся деталях, в пресс-маслёнках и смотровых стёклах редукторов; состояние регулирующих и стопорных устройств; соответствие показателей положения руля; температуру (должна быть не ниже 5⁰С зимой) и относительную влажность румпельного помещения (не более 85%).

Особое внимание следует обращать на уровне рабочей жидкости в расширительных баках, показания манометров гидравлических контуров; плавность перекладок руля; не должно быть перегрева рабочей жидкости и наружных утечек; характерных шумов и стуков в насосах и механических соединениях рулевого привода, а также автоколебаний деталей и узлов ГРМ.

При обнаружении существенных отклонений от спецификационных параметров и показателей работы рулевой машины вахтенный механик обязан постоянно наблюдать за её работой, доложить об этом старшему механику и сделать соответствующую запись в журнале. В течении вахты механик должен периодически контролировать исправность действия рулевой машины по показаниям имеющихся на пульте управления приборов и систематизаторов.

Перед подходом к районам, плавание в которых требует особой осторожности, должна быть проверена исправность действия дистанционного управления рулевой машины на ручных режимах работы. В этих районах должны быть приведены в действие оба насоса, если они могут надёжно работать одновременно.

В случае отказа одного из насосов переход на другой выполняет вахтенный помощник капитана на имеющихся постах управления, а вахтенный механик при этом обязан принять меры по выяснению и устранению причин отказов, доложив о случившемся старшему механику. Переходы с работы одного насоса на другой в обычных условиях должны выполняться после предупреждения об этом вахтенного механика, который обязан контролировать при этом исправность действия по показаниям имеющимся на пульте управления приборов и сигнализаторов.

В случае отказа всех систем дистанционного управления осуществляется переход на управление «Местный».

После окончания швартовых операций и снятия готовности, рулевую машину надо остановить и осмотреть, обратив особое внимание на отсутствие перегрева и утечек рабочей жидкости, нормальный её уровень в расходных баках и нейтральное положение управляющих органов системы управления и насосов. Перо руля должно быть установлено в диаметральной плоскости.

При эксплуатации ГРМ, которой присуще «сползание руля», в режиме управления «Простой», следует установить на посту управления режим «Следящий».

5. Тепловой расчет водоопреснительной установки

В данной части курсового проекта производится расчет параметров опреснительной установки типа «Д» на режиме работы, отличном от номинального. Установка использует тепло пресной охлаждающей воды из замкнутого контура системы охлаждения главного двигателя. Прототипом является установка типа «Д-4».

При расчете не учитывается повышенный унос дистиллята, увеличение солесодержания дистиллята, снижение коэффициента теплопередачи в конденсаторе вследствие повышения парциального давления неконденсирующихся газов при пониженных температурах испарения.

Ниже, в таблице приведен перечень заданных параметров, расчетные формулы и искомые значения и рекомендации.

Размещено на http://www.allbest.ru/

6. Описание оборудования водоопреснительной установки

Современные ВОУ выполняют в агрегатированном виде с размещением всех элементов на общей фундаментной раме или каркасе .В верхней части каркаса расположена блочная конструкция испаритель - конденсатор, а внизу - насосное оборудование, арматура, средства автоматики и контроля.

На теплоходах применяют утилизационные глубоковакуумные ВОУ серии «Д».

Корпус агрегата - сварной, медно-никелевый, цилиндрической формы. Два смотровых окна служат для наблюдения за процессом испарения, имеется штуцер для заливки реагентов в случае чистки испарителя. Встроенный в сухопарник конденсатор 6 является двухходовым по охлаждающей воде теплообменником с прямыми латунными трубками диаметром 16 мм, закреплёнными в латунных трубных досках. Корпус сухопарника с конденсатором выполнен из нержавеющей стали, имеет патрубки для отвода паровоздушной смеси и дистиллята .Греющая батарея испарителя 12 состоит из пучка вертикальных прямых латунных труб диаметром 16х1,0 мм, развальцованных в латунных трубных досках. Наружный корпус испарителя изготовлен из нержавеющей стали. К нижнему фланцу испарителя крепиться крышка-отстойник, через которую подводится питательная вода и отводится рассол. Для отделения капель рассола от вторичного пара в корпусе установлены отбойник 8 и жалюзийный сепаратор 7.

Внутренние поверхности корпуса испарителя и крышки отстойника, а также отбойник и сепаратор покрыты оловом для предотвращения заноса меди в получаемый дистиллят.

Забортная вода подаётся в конденсатор центробежным насосом 11, либо поступает из системы охлаждения СЭУ. Часть выходящей из конденсатора воды направляется в качестве рабочей среды в рассольно-воздушный эжектор 9. Другая часть, равная примерно четырёхкратной производительности ВОУ, поступает на питание испарителя. Невозвратно-запорный клапан перекрывает подачу питательной воды в испаритель в случае снижения давления рабочей воды перед эжектором до 0,1 МПа, тем самым предохраняя испаритель от затопления. Дроссельная диафрагма предназначена для ограничения подачи питательной воды в испаритель.

Греющая вода от дизеля поступает в межтрубное пространство испарителя по трубопроводу 3 и, пройдя между поперечными сегментными перегородками, возвращается в цикл СЭУ по трубопроводу 3. Морская вода движется внутри теплообменных труб снизу вверх. В случае необходимости, греющей средой в испарителе может быть пар, для подвода и отвода которого предназначены трубопроводы 5 и 4.

Полученный в конденсаторе дистиллят поступает в сборник 13. Сборник оборудован поплавковым регулятором уровня для пуска и остановки дистиллятного насоса 14 и сообщен с конденсатором уравнительной тру...